Реальные дифференциаторы

В дифференциаторах применяется динамическая стабилизация.

Схема :

Рис. 2.14

Конденсатор С_к выбирается так, чтобы участок АЧХ со спадом 6 дб/окт начинался на частоте более высокой, чем максимальная частота полезного дифференцированного сигнала. Уменьшается доля ВЧ шумов в выходном сигнале.

Этот участок начинается на частоте F₂ =

Сопротивление R_к ограничивает коэффициент усиления на BЧ, обеспечивает динамическую устойчивость.

Частотная характериcтика скорректированного дифференциатора приведена на рис. 2.15

Рис. 2.15

Добавление R_к приводит к появлению на АЧХ горизонтального участка и прекращению дифференцирования на частотах, превышающих частоту:

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например усилителя охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра)

Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери (когда петлевой коэффициент усиления больше 1). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Существует 2 режима работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы.

Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

Классификация:

 генераторы синусоидальных и гармонических колебаний;

 генераторы прямоугольных импульсов;

 функциональные генераторы различных по форме импульсов;

 генераторы шума;

 генераторы сложных сигналов

Генератор синусоидальных импульсов

Простая схема генератора синусоидальных колебаний основана на ОУ, в цепь обратной связи которого включены три фазовращающие RC-цепочки.

Таким образом получается положительная обратная связь, а частота генерации зависит от номиналов R и C и соответствует сдвигу фаз на p. Схема будет более стабильной, если в цепи обратной связи будут так называемые Т-образные мосты из резисторов и конденсаторов.

Генератор с мостом Вина — разновидность электронных генераторов синусоидальных колебаний. Схема основывается на электрической цепи (полосовом фильтре) и известной, как мост Вина. Представляет собой электронный усилитель, охваченный частотнозависимой положительной обратной связью через мост Вина. Может генерировать в широком диапазоне частот и позволяет получить сигнал с очень малыми отличиями от идеальной синусоиды.

Частота генерации:

,

где R — сопротивление резисторов R₁, R₂; C — ёмкость конденсаторов C₁, C₂ (см. схему).

Генератор с мостом Вина (выделен зеленым) на операционном усилителе. R₁=R₂, C₁=C₂

Релаксационный генератор — генератор колебаний, в которых активный элемент работает в ключевом (релейном) режиме — включён/выключен.

Характерные особенности релаксационных генераторов:

Не могут работать при отключенном источнике энергии.

Являются только автогенераторами.

Являются нелинейными системами, для описания требуют применения нелинейной теории колебаний.

Триггер Шмитта- состоит из двух инверторов, охваченных общей обратной связью (рис.б)Переход от одного уровня выходного напряжения к другому происходит скачкообразно при определенном значении входного сигнала – напряжении срабатывания . Возвращение в исходное состояние происходит при другом уровне входного сигнала – напряжении отпускания . По модулю напряжение отпускания всегда меньше напряжения срабатывания на величину , характеризующую ширину петли гистерезиса (рис. 9, в). 0вых U1вых Uсрб Uотп Uотп Uсрб UU 

Рис. 9. Триггер Шмитта условное обозначение (а), функциональная схема (б), передаточная характеристика (в)

Буквенное обозначение микросхем триггеров Шмитта – «ТЛ».

Интегральные триггеры Шмитта устанавливают перед логическими элементами в тех случаях, когда им приходится работать с входными сигналами, имеющими значительную длительность фронтов. В этих случаях триггеры Шмитта повышают крутизну нарастания сигналов, тем самым «предохраняя» логический элемент от длительного нахождения в активном режиме, в котором он может самовозбудиться, и быть подверженным повышенному действию помех.

Мультивибраторами называют электронные устройства, генерирующие электрические колебания, близкие по форме к прямоугольной. Спектр колебаний, генерируемых мультивибратором, содержит множество гармоник - тоже электрических колебаний, но кратных колебаниям основной частоты.

Если главной задачей является получение прямоугольного напряжения, а линейность треугольного напряжения не играет особой роли - оставим только инвертирующий триггер Шмитта, на вход которого подают сигнал с цепи ООС, выполненной в виде ФНЧ (рис. 13).

Рис. 13. Аналоговый мультивибратор на ОУ (а) и диаграммы его напряжений (б)

Для периода выходного напряжения имеет место следующее выражение:

T = 2RC∙ln(1 + 2R₁/R₂) .

При R₁ = R₂ TRC.